THIẾT KẾ MẠCH NGHỊCH LƯU 3 PHA BẰNG PHƯƠNG PHÁP SIN PWM
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (489.69 KB, 12 trang )
Đề tài:
Thiết kế mạch vòng điều khiển dòng điện nghịch lưu nguồn áp DC/AC 3 pha
nối lưới, phương pháp điều chế sinPWM, cấu trúc bộ điều chỉnh dòng điện
kiểu PI trên hệ tọa độ quay dq.
Số liệu thiết kế:
Điện cảm L= 2mH
Điện trở R= 0.2 Ω
Tần số phát xung fs= 5kHz
Điện áp 1 chiều Udc= 600Vdc
Tần số đầu ra cơ bản mạch nghịch lưu f =50Hz
I.
Phương pháp sinPWM điều chế độ rộng xung cho
nghịch lưu nguồn áp 3 pha
Để có thể phân tích nguyên lý làm việc của phương pháp điều chế độ rộng
xung cho nghịch lưu ba pha, ta giả thiết các van bán dẫn ở mạch nghịch lưu là
phần tử lý tưởng.
H1. Giải pháp điều chế độ rộng xung cho nghịch lưu 3 pha
Theo phương pháp sinPWM, các hàm điểu chế cho nghịch lưu 3 pha nguồn
áp là 3 sóng sin chuẩn ma, mb, mc được xác định:
ma = M sin(ωt )
2π
)
mb = M sin(ωt −
3
2π
mc = M sin(ωt +
)
3
Trong đó hệ số điều chế M được xác định dựa trên biên độ điện áp ra tải mạch
nghịch lưu uan, ubn, ucnvà điện áp 1 chiều Udc đặt vào mạch nghịch lưu như sau:
M=
uan
0,5U dc
=
uan
0,5U dc
=
uan
0,5U dc
Dạng sóng điều chế trong bài (zoom) :
H2. Sóng điểu chế
Sóng điểu chế này được so sánh với xung răng cưa tần số 5kHz (zoom):
H3. Xung răng cưa
để tạo ra xung điều khiển mở các van IGBT của mạch nghịch lưu.
Dạng xung điều khiển các van S1-S4-S3-S6-S5-S2(zoom) :
H4. Xung điều khiển
II. Xây dựng mạch vòng dòng điện cho nghịch lưu
nguồn áp 3 pha trên hệ tọa độ quay dq
Ta có sơ đồ mạch điện thay thế mạch vòng dòng điện nghịch lưu nguồn áp 3
pha :
H5. Sơ đồ mạch điện thay thế
Phương trình cân bằng điện áp :
us = Ris + L
dis
+ ul
dt
Phương trình trên hệ tọa độ abc :
disa
u
=
Ri
+
L
+ ula
sa
sa
dt
disb
+ ulb
usb = Risb + L
dt
disc
u
=
Ri
+
L
+ ulc
sc
sc
dt
Phương trình trên hệ tọa độ tĩnh αβ qua phép chuyển vị tọa độ CLAKE:
disα
u
=
Ri
+
L
+ ulα
s
α
s
α
dt
u = Ri + L disβ + u
sβ
lβ
sβ
dt
Phương trình trên hệ tọa độ quay dq (tốc độ quay bằng tốc độ quay của vector
dòng điện và điện áp) qua phép chuyển vị tọa độ CLAKE và PARK:
disd
u
=
Ri
+
L
+ uld − ωs Lisq
sd
sd
dt
u = Ri + L disq + u + ω Li
sq
lq
s
sd
sq
dt
Hình H6 biểu diễn vector điện áp và dòng điện trên các hệ trục tọa độ αβ và
dq:
H6. Vector điện áp và dòng điện trên các hệ trục tọa độ
Hình H7 biểu diễn cấu trúc điều khiển dòng điện trên hệ tọa độ quay dq (có
cấu trúc triệt tiêu tương tác giữa thành phần dòng trục d và trục q):
H7. Cấu trúc điều khiển dòng điện trên hệ tọa độ quay dq
Bộ điều chỉnh PI được thiết kế dựa trên mô hình dòng điện trên hệ tọa độ
quay dq. Đặt Δud, Δuq, Δu0 là điện áp rơi trên cuộn cảm, ta có:
usd = ∆ud + uLd − Lωisq
usq = ∆uq + u Lq + Lωisd
Thành phần điện áp Δud, Δuq sẽ được bù bởi bộ điều chỉnh dòng điện kiểu PI:
∆ud = K p (i*sd − isd ) + K i (i*sd − isd )dt
∫
∆uq = K p (i*sq − isq ) + Ki ∫ (i*sq − isq )dt
Để tính tham số bộ điều chỉnh dòng ta bỏ qua tác động xen kênh dq và ảnh
hưởng thành phần điện áp uLd, uLq - tác động này sẽ được bù feedforward
trong mạch vòng điều khiển dòng điện như hình H7. Ta có mô hình đối tượng
điều chỉnh của mạch vòng dòng điện có hàm truyền đơn giản như sau ( tổng
quát cho cả thành phần dòng id, iq) :
Gi ( s) =
is ( s )
1/ R
=
us* ( s ) (1 + s Ts )(1 + sT )
L
2
Mô hình toán học khâu điều chế độ rộng xung PWM :
T
− ss
us ( s )
1
GPWM ( s ) = *
=e 2 ≈
T
us ( s )
1+ s s
2
Trong đó :
Ts : Chu kỳ điều chế, Ts =
1
fs
TL : Hằng số thời gian đối tượng trong mạch vòng điều chỉnh, TL =
L
R
Hàm truyền Gi(s) có dạng khâu quán tính bậc 2, áp dụng tiêu chuẩn tối ưu độ
lớn ta tìm được tham số cho bộ điều chỉnh dòng có cấu trúc PI theo:
L
K
=
p T
s
K = R
i
Ts
Thay số ta tính : Ts=2.10-4(s), TL=0,01(s), Kp=10, Ki=1000.
Ta đi mô phỏng mạch vòng dòng điện trên Matlab/Simulink.
III. Mô phỏng trên Matlab/Simulink
Sơ đồ khối:
H8. Sơ đồ Simulink
*Khối abc-dq:
H9. Chuyển hệ tọa độ abc-dq
*Khối DC_dong_dien:
H10. Điều chỉnh dòng điện
*Khối dq-abc:
H11. Chuyển hệ tọa độ dq-abc
*Khối tao_xung_gPWM:
H12. Tạo xung điều khiển
*Khối Ngich_luu:
H13. Khối Nghịch lưu
IV. Một số kết quả mô phỏng
*Sóng điều chế nghịch lưu 3 pha:
H14. Sóng điều chế
*Điện áp dây đầu ra nghịch lưu 3 pha:
H15. Điện áp dây đầu ra nghịch lưu
*Dòng điện đầu ra nghịch lưu 3 pha:
H16. Dòng điện đầu ra nghịch lưu
